Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.з 6 01 В 27/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(71) Заявитель Пензенский политехнический институт 54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОРОДАТЧИКА Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в кондуктометрии при построении измерителей удельной элек 5 трической проводимости растворов, работающих с бесконтактными емкостными кондуктометрическими датчиками.Известен преобразователь параметров пассивных нерезонансных двухполюсников, содержащий источник пита-ния, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, усилитель, сумматор, управляемый делитель напряжения, фоточувствительный индикатор и измеритель отношения напряжения 1.Недостатком данного преобразователя является то, что значение емкости предполагается известным; таким образом не предусмотрена возможность изменения этого параметра во времени.Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь параметров нерезонансных трехэлементных двухполюсников в напряжения, содержащий формирователь опорного напряжения, задатчик интервала времени, опорный резистор на входе усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен исследуемый двухполюсник, представляющий собой последовательное соединение конденсатора и параллельной цепи, состоящей из конденсатора и резистора, два дифференциатора, ограничитель напряжения, два интегратора, ключ, инвертирующий масштабный преобразователь, вычитатель напряжений и сумматор напряжений 2.Недостатком этого преобразователя является относительно низкая точность преобразования, поскольку преобразование активного сопротивления двухполюсника в напряжение осуществляется в результате последовательного выполнения над выходным сигналом усилителя постоянного тока операций дифФеренцирования, интегрирования, вычитания, масштабирования и суммирования; погрешности, обусловленные неидеальностью характеристик и нестабильностью параметров функциональных звеньев, выполняющих указанные операции, накапливаются.,Результирующая погрешность преобразования активного сопротивления двухполюсника в напряжение получается весьма значительной, причем наибольшую погрешность преобразования вносит дифферен 898342циатор вследствие ограниченной точности выполнения операции дифференцирования. Кроме того,преобразователь характеризуется сравнительноу ким динамическим диапазоном измерения активного сопротивления двухполюсной цепи, что обусловлено не 5обходимостью априорной установки взадатчике интервала времени Тд,бВС,требуемого для окончания переходного процесса в измерительной цепи.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения.Поставленная цель достигается тем,что в измеритель сопротивления кондуктометрического датчика, содержащий усилитель постоянного тока с опорным резистором на входе и емкостнымкондуктометрическим датчиком в цепиотрицательной обратной связи, два дифференциатора, два интегратора, вычитатель напряжений, первый ключ, авыход усилителя постоянного тока соединен с последовательно включенными .первым и вторым дифференциаторами,атакже с одним из входов вычитателянапряжений дополнительно введенытретий дифференциатор, второй вычитатель напряжений, нуль-орган, управляемый делитель напряжения, фильтр нижних частот, второй ключ, дифференциальный усилитель-ограничителЬ, измеритель временных интервалов, причемвыход первого дифференциатора дополнительно соединен с одним из входоввторого вычитателя напряжейий, выходпоследнеГо через последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижнихчастот подключен к управляющему входууправляемого делителя напряжения, входкоторого соединен с выходом первогоинтегратора, выход управляемого делителя напряжения соединен с вторым входом первого вычитателя напряжений ичерез третий дифференциатор с вторымвходом второго вычитателя, выход второго дифференциатора подключен к входу нуль-органа, выход которого соединен с управляющими входами первогои второго ключей и запускающим входом измерителя временных интервалов,другой выод опорного резистора,вход первого интегратора, вход изме-рителя временных интервалов и черезвторой ключ вход второго интеграторасоединены с выходом дифференциального усилителя-ограничителя, один входкоторого соединен с выходом первоговычитателя напряжений, а другой входс выходом второго интегратора.На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая. схема измерителя; нафиг, 2 - эквивалентная электрическая 40схема бесконтактного емкостного датчика, где конденсатор С 1 характеризует диэлектрические свойства изоляции электродов, С 2 - емкость, обусловленная полярными свойствами раст вора, В - электрическое сопротивление раствора, зависящее от его концентрации.Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика содержит усилитель 1 постоянного тока, опорный резистор 2 сопротивлением В , емкостнойоф кондуктометрический датчик 3, первый вычислитель 4 напряжений, дифференциатор 5, второй дифференциатор б, второй вычитатель 7 напряжений, первый ключ 8, фильтр 9 нижних частот, управляемый делитель 10 напряжения, первый интегратор 11, третий дифференциатор 12, нуль-орган 13, второй ключ 14, измеритель 15 временных интервалов, второй интегратор 16, дифференциальный усилитель-ограничитель 17.На входе усилителя 1 постоянного тока включен опорный резистор 2, а в цепи отрицательный обратной связи - емкостной кондуктометрический датчик 3. Выход усилителя 1 постоянного тока соединен с одним из входов первого вычитателя 4 напряжений и с входом первого дифференциатора 5, гыход которого соединен с одним из входов второго вычитателя 7 напряжений. Выход последнего через первый ключ 8 и фильтр 9 нижних частот подключен к управляющему входу управляемого делителя 10 напряжения, включенного на выходе первого интегратора 11. Выход управляемого делителя 10 напряжения соединен с вторым входом первого вычитателя 4 напряжений и через третий дифференциатор 12 с вторым входом второго вычитателя 7 напряжений. Выход второго дифференциатора б подключен к. входу нуль- органа 13, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей 8 и 14 и запускающим входом измерителя временных интервалов 15, останавливающий вход последнего, опорный резистор 2, вход первого интегратора 11 и через второй ключ 14 второго интегратора 16 соединены с выходом дифференциального усилителя-ограничителя 17, один вход которого соединен с выходом первого вычитателя 4 напряжений, а другой вход с выходом второго интегратора 16.Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика работает следующим образом.В установившемся режиме работы дифференциальный усилитель-ограничитель 17 вследствие большого значения его коэффициента усиления всегда находится в одном из состояний насыщения, причем в моменты смены знака разности напряжений на его входах полярность выходного напряжения Е . скачкообразно изменяется. Предположим,что с выхода дифференциального усилителя-ограничителя 17 снимает 898342напряжение Е О с выхода дифференциального усилителя-ограничителя 17 поступает на вход второго интегратора 16. Тем самым формируется развертывающее линейно изменяющееся напряжениео = 5И Ггде 1 - время интегрирования, отсчитываемое от момента срабатывания нуль- органа 13. Это развертывающее напряжение поступает на один иэ входов дифференциального усилителя-ограничителя 17, на другой вход которого подается напряжение с выхода первого вычитателя 7 напряженийЕО15ВПри незначительном превышении развертывающим напряжением Онапряжения 0., т.е. при смене знака разности входных сигналов, выходное напря жение Е дифференциального усилителяОограничителя 17 скачком изменяет знак на противоположный. Этим сигналом останавливается измеритель 15 временных интервалов. Процесс измерения 25 начинается сначала при напряжении ЕО другого знака. В дальнейшем все периодически повторяется. Момент изменения знака выходного напряжения дифференциального усилителя-ограничителя 17 можно определить иэ равенстваЕ Е Р.О оИ откудаИ; о35иКОИзмеритель временных интервалов 15 измеряет этот интервал времени, пропорциональный сопротивлению В, т.е. 40 сопротивлению кондуктометрического датчика.Формула изобретения45Измеритель сопротивления кондуктометрического датчика, содержащий усилитель постоянного тока с опорным резистором на входе и емкостным кондуктометрическим датчиком в цепи отрицательной обратной связи, два дифференциатора, два интегратора, вычитатель напряжений, первый ключ, авыход усилителя постоянного тока соединен с последовательно включеннымипервым и вторым дифференциаторами,а также с одним из входов вычитателя напряжений, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измере,ний, в него дополнительно введенытретий дифференциатор, второй вычитатель напряжений, нуль-орган, управляемый делитель напряжения, фильтрнижних частот, второй ключ, дифференциальный усилитель-ограничитель, измеритель временных интервалов, причемвыход первого дифференциатора дополнительно соединен с одним из входоввторого вычитателя напряжений, выходпоследнего через последовательно соединенные второй ключ и фильтр нижнихчастот подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения,вход которого соединен с выходом первого интегратора, выход управляемогоделителя напряжения соединен с вторымвходом первого вычитателя напряженийи через третий дифференциатор с вторым входом второго вычитателя напряжений, выход второго дифференциатораподключен к входу нуль-органа, выходкоторого соединен с управляющими входами первого и второго ключей и запускающим входом измерителя временных интервалов, другой вывод опорного резистора, вход первого интегратора, вход измерителя временных интервалов и через второй ключ входвторого интегратора соединены с выходом дифференциального усилителяограничителя, один вход которого соединен с выходом первого вычитателянапряжений, а другой вход с выходомвторого интегратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 519646, кл. С 01 В 27/00,03.01.74.2. Авторское свидетельство СССРР 493021, кл. Н 03 К 13/20,15.02.73698342 оставитель А. Сотниковаехред С. Мигунова Корректор М. Коста ВНИ 13035, М Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектна Редактор К. ВолощуЗаказ 11941/61 Тираж 718 ПИ Государственн делам изобретен ква, Ж, РаушсПодписного комитета СССРй и открытийая наб., д. 4/5